GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallschweißeinrichtung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Für verschiedenste technische Anwendungen kann es notwendig sein, zwei Komponenten mechanisch fest und/oder elektrisch leitfähig miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann es für verschiedene Einsatzzwecke erforderlich sein, Kabel bzw. deren Litzen mechanisch und elektrisch leitfähig miteinander zu verbinden. Hierdurch können beispielsweise Kabelstränge oder Kabelbäume gefertigt werden, mithilfe derer elektrische Verbraucher zum Beispiel innerhalb eines Fahrzeugs miteinander, mit einer Energiequelle und/oder mit einer Steuerung elektrisch verbunden werden können.

Um zwei elektrisch leitfähige Komponenten stoffschlüssig und somit mechanisch belastbar und elektrisch gut leitfähig miteinander zu verbinden, wurde das sogenannte Ultraschallschweißen entwickelt. Dabei handelt es sich um eine spezielle Ausprägung des Reibschweißens, bei dem zu verschweißende Komponenten, die auch als Fügepartner oder Schweißgut bezeichnet werden, mit Oberflächen aneinander in Anlage gebracht und unter geringem Druck und hochfrequenten mechanischen Schwingungen gegeneinander bewegt werden. Die Schwingungen können hierbei mithilfe einer Sonotrode erzeugt werden, in der Ultraschallschwingungen mit Frequenzen von typischerweise 20 kHz bis 50 kHz erzeugt und auf wenigstens einen der Fügepartner übertragen werden. Durch plastisches Fließen können sich die Fügepartner dann oberflächennah ineinander verzahnen oder verhaken, ohne dass die Materialien der Fügepartner notwendigerweise schmelzen. Durch Ultraschallschweißen können Fügepartner daher schonend, schnell und wirtschaftlich miteinander verbunden werden.

Ultraschallschweißen kann insbesondere auch zum Verschweißen metallischer Fügepartner wie zum Beispiel Litzen von Kabeln eingesetzt werden, was auch als Ultraschallmetallschweißen bezeichnet wird. Hierzu werden die Fügepartner im Allgemeinen in einen Aufnahmeraum einer Ultraschallschweißeinrichtung zwischen die Sonotrode und einen Amboss eingelegt und dort mit einem vorgegebenen Druck zusammengepresst. Die über die Sonotrode eingekoppelten Schwingungen bewirken, dass die beiden Fügepartner aufeinander bzw. gegeneinander gerieben werden und dadurch im festen Zustand stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Obwohl der Schmelzpunkt der zu verbindenden Metalle nicht erreicht wird, kann durch Kurzstreckendiffüsion eine hochfeste, homogene und dauerhafte Metallschweißverbindung erzeugt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es kann ein Bedarf an einer Ultraschallschweiß einrichtung zum Verschweißen zweier Fügepartner bestehen, durch die Schweißverbindungen mit gleichbleibend hoher Qualität möglichst verschleiß-, Verlust- und/oder geräuscharm erzeugt werden können. Einem solchen Bedarf kann mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung definiert.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Ultraschallschweißeinrichtung, die eine Sonotrode zum Erzeugen von Schwingungen, einen Amboss, ein Ambossgehäuse mit einer Gehäuseöffnung sowie ein Dämpfungsmaterial zum Dämpfen von Schwingungen aufweist. Der Amboss ist in die Gehäuseöffnung einführbar. Das Dämpfungsmaterial füllt einen Zwischenraum zwischen einer Außenfläche des Ambosses und einer Innenfläche der Gehäuseöffnung zumindest teilweise aus, wenn der Amboss in die Gehäuseöffnung eingeführt ist.

Ohne den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken, können Ideen und mögliche Merkmale zu Ausführungsformen der Erfindung unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.

Bei einer Ultraschallschweißeinrichtung kann der Amboss von einem Ambossgehäuse aufgenommen sein, das zur Führung des Ambosses in der Ultraschallschweißeinrichtung dient. Es wurde beobachtet, dass sich bei einem Schweißvorgang die durch die Sonotrode erzeugten Schwingungen teilweise auf den Amboss übertragen können. Dabei kann es zu einem Aufschwingen des Ambosses kommen, d. h., der Amboss kann sich relativ zum Ambossgehäuse bewegen, was mit einem erhöhten Verschleiß und/oder einer erhöhten Geräuschentwicklung einhergehen kann. Auch können sich die Schwingungen über das Ambossgehäuse auf weitere Bereiche der Ultraschallschweißeinrichtung übertragen.

Der Amboss und das Ambossgehäuse sind in der Regel aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Wenn sich der Amboss und das Ambossgehäuse berühren und der Amboss beim Schweiß Vorgang in hochfrequente Schwingungen versetzt wird, kann es an Berührungsstellen zwischen dem Amboss und dem Ambossgehäuse zu Anschweißungen kommen. Diese Anschweißungen können in erster Linie zu Fehlfunktionen wie etwa einem Klemmen des Ambosses führen. Ein solcher direkter metallischer Kontakt kann aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit ferner dazu beitragen, dass vermehrt Wärme aus dem Schweißraum in andere Bereiche der Ultraschallschweißeinrichtung, insbesondere in das Ambossgehäuse, abgeführt wird.

Beim Schweißen leitet die Sonotrode Schwingungen in das Schweißgut ein, während der Amboss das Schweißgut von der gegenüberliegenden Seite in Richtung der Sonotrode drückt. Je weniger Schwingungen sich dabei auf den Amboss übertragen, desto mehr Schweißenergie kann im Schweißbereich verbleiben. Anders ausgedrückt sollte sich der Amboss möglichst nicht mitbewegen. Dies kann zum einen dadurch erreicht werden, dass der Amboss so ausgelegt wird, dass er von einer Arbeitsfrequenz der Sonotrode nicht, oder zumindest nicht maßgeblich, angeregt wird. Als Einzelkomponente lässt sich der Amboss frequenztechnisch in dieser Hinsicht sehr gut abstimmen. Durch Einbringen eines Dämpfungsmaterials zwischen das Ambossgehäuse und den Amboss kann zum anderen eine schwingungstechnische Entkopplung des Ambosses von dem Ambossgehäuse und somit indirekt von übrigen Komponenten der Ultraschallschweißeinrichtung erreicht werden. Damit können auch Rückwirkungen der übrigen Komponenten auf ein Schwingungsverhalten des Ambosses vermieden werden.

Unter einem Dämpfungsmaterial kann ein Material verstanden werden, das im Vergleich zu einem Material des Ambosses und einem Material des Ambossgehäuses, etwa Stahl, Stahlguss oder einer speziellen Kupferlegierung, deutlich elastischer ist bzw. einen deutlich niedrigeren Elastizitätsmodul aufweist. Beispielsweise kann es sich bei dem Dämpfüngsmaterial um Bronze, Messing oder einen Kunststoff oder einen Verbundwerkstoff mit einer Kunststoffmatrix handeln. Dabei kann das Dämpfungsmaterial derart in einen Zwischenraum zwischen der Außenfläche des Ambosses und der Innenfläche der Gehäuseöffnung eingebracht sein, dass der Amboss in einem eingeführten Zustand zumindest abschnittsweise von dem Dämpfüngsmaterial umgeben ist. Somit kann ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Material des Ambossgehäuses und dem Material des Ambosses vermieden werden. Dadurch kann letztendlich vermieden werden, dass Schwingungen, die bei einem Schweißvorgang durch die Sonotrode erzeugt werden, über den Amboss weiter auf das Ambossgehäuse übertragen werden. Es ist zweckmäßig, wenn das Dämpfungsmaterial einen im Ambossgehäuse befindlichen Abschnitt des Ambosses möglichst vollumfänglich umgibt, um eine größtmögliche Dämpfung der Schwingungen zu erreichen.

Je nach Art und Ausformung des Dämpfungsmaterials kann mithilfe des Dämpfungsmaterials neben einer mechanischen auch eine thermische Entkopplung des Ambosses vom Ambossgehäuse erreicht werden, sodass Funktionsstörungen, etwa durch Klemmen des Ambosses im Ambossgehäuse, vermieden werden können.

Ein weiterer positiver Effekt bei Verwendung eines solchen Dämpfüngsmaterials ist eine deutliche Reduzierung unangenehmer, insbesondere hochfrequenter Geräusche beim Schweißvorgang, wie sie beispielsweise durch ein Aneinanderreiben von Amboss und Ambossgehäuse entstehen können. Es können aber auch ganz andere Bauteile mit einer relativ niedrigen Frequenz angeregt werden, wodurch ebenfalls unangenehme Geräusche verursacht werden können.

Das Dämpfungsmaterial kann die Innenfläche der Gehäuseöffhung vollständig oder abschnittsweise auskleiden. Unter einer Innenfläche kann eine die Gehäuseöffhung begrenzende Innenwand innerhalb des Ambossgehäuses verstanden werden. Insbesondere kann das Dämpfungsmaterial derart auf die Innenfläche aufgebracht sein, dass der Amboss im eingeführten Zustand das Ambossgehäuse nirgendwo berührt oder allenfalls an Stellen berührt, an denen auch ohne ein dazwischenliegendes Dämpfüngsmaterial keine nennenswerte Schwingungsübertragung erfolgen würde.

Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass das Dämpfungsmaterial auf die Außenfläche des Ambosses aufgebracht ist. Unter einer Außenfläche kann eine nach außen gerichtete Oberfläche des Ambosses, beispielsweise eine Mantelfläche, verstanden werden. Insbesondere kann die Außenfläche eine sich zwischen zwei Stirnseiten des Ambosses erstreckende Fläche sein. Beispielsweise kann der Amboss einen Ambosskem aus einem metallischen Werkstoff, etwa aus Stahl, und einen den Ambosskem zumindest abschnittsweise umgebenden Ambossmantel aufweisen, wobei der Ambossmantel mit dem Dämpfungsmaterial ausgebildet sein kann. Zweckmäßigerweise kann ein gegenüber der Sonotrode zu platzierender Ambosskopf des Ambosses ohne einen solchen Ambossmantel ausgeführt sein.

Das Dämpfungsmaterial kann etwa in Form einer geeigneten schwingungsdämpfenden Beschichtung auf die Innenfläche und/oder die Außenfläche aufgebracht sein. Möglich ist auch, dass das Dämpfüngsmaterial in Form mehrerer, voneinander getrennter Segmente auf die Innenfläche und/oder die Außenfläche aufgebracht ist. Die Segmente können beispielsweise länglich und/oder plattenartig ausgeformt sein.

Dabei kann das Dämpfüngsmaterial entsprechend einer Innenkontur der Gehäuseöffnung und/oder entsprechend einer Außenkontur des Ambosses ausgeformt sein. So kann das Dämpfungsmaterial je nachdem, ob die Innenkontur und/oder die Außenkontur plane und/oder gekrümmte Flächen aufweist, beispielsweise plan und/oder gekrümmt ausgeformt sein.

Die Gehäuseöffnung kann beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Amboss einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Möglich sind aber auch beliebige andere Querschnittsformen der Gehäuseöffnung bzw. des Ambosses.

Die Sonotrode und der Amboss können in mindestens einer Richtung relativ zueinander beweglich in der Ultraschallschweißeinrichtung angeordnet sein, etwa um einen vertikalen und/oder horizontalen Abstand zwischen der Sonotrode und dem Amboss zu vergrößern oder zu verringern. Dabei kann beispielsweise die Sonotrode feststehend und der Amboss beweglich sein. Möglich ist jedoch auch, dass die Sonotrode beweglich und der Amboss feststehend ist oder dass sowohl die Sonotrode als auch der Amboss beweglich sind.

Bei den Fügeteilen kann es sich beispielsweise um zwei oder mehrere elektrische Leitungen mit miteinander zu verschweißenden Leitungsenden handeln. Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen nur eine einzige Leitung geschweißt wird.

Dabei werden die einzelnen Adern der Leitung an deren Leitungsende miteinander verschweißt, was auch Kompaktieren genannt wird. Derart kompaktierte Leitungsenden können beispielsweise einfacher in Schaltschränken verbaut werden. In diesem Sinn kann unter einem Fügeteil auch eine einzelne Ader einer elektrischen Leitung verstanden werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ultraschahschweißeinrichtung ferner mindestens zwei Führungselemente zum Führen des Ambosses in der Gehäuseöffhung. Die mindestens zwei Führungselemente können mit dem Dämpfüngsmaterial ausgebildet sein und einander gegenüberliegend an der Innenfläche der Gehäuseöffhung angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können die mindestens zwei Führungselemente einander gegenüberliegend an der Außenfläche des Ambosses angeordnet sein.

Anders ausgedrückt können die mindestens zwei Führungselemente an paarweise einander gegenüberliegenden Abschnitten der Innenfläche der Gehäuseöffnung bzw. der Außenfläche des Ambosses angeordnet sein. Dadurch kann erreicht werden, dass der Amboss im eingeführten Zustand zwischen den mindestens zwei Führungselementen gehalten wird, und zwar unabhängig davon, ob die Führungselemente an der Innenfläche der Gehäuseöffhung oder der Außenfläche des Ambosses angeordnet sind. Ferner können die beiden Führungselemente den Amboss während einer Bewegung relativ zu dem Ambossgehäuse an zwei gegenüberliegenden Seiten führen.

Es ist möglich, dass die Führungselemente sowohl an der Innenfläche der Gehäuseöffhung als auch an der Außenfläche des Ambosses angeordnet sind. Mit anderen Worten kann die Uhraschallschweißeinrichtung in diesem Fall mindestens vier Führungselemente umfassen. Dabei können die an der Innenfläche der Gehäuseöffnung angeordneten Führungselemente je ein an der Außenfläche des Ambosses angeordnetes Führungselement berühren, sodass beim Bewegen des Ambosses in der Gehäuseöffnung jeweils Führungselement auf Führungselement gleitet.

Möglich ist auch eine Ausführungsform mit drei Führungselementen.

Die Führungselemente können beispielsweise als Platten oder Profile ausgeformt sein. Möglich ist etwa, dass die Führungselemente je nach Querschnittsform des Ambosses und/oder der Gehäuseöffnung als U- oder C-Profile ausgeführt sind, wobei der Amboss zumindest teilweise von den U- oder C-Profilen eingefasst sein kann, um einen direkten Kontakt zwischen der Außenfläche des Ambosses und der Innenfläche der Gehäuseöffnung zu verhindern.

Die Führungselemente können beispielsweise vollständig aus dem Dämpfungsmaterial ausgebildet sein. Möglich ist jedoch auch, dass die Führungselemente nur in einem oberflächennahen Bereich, in dem der Amboss die Führungselemente berührt, aus dem Dämpfungsmaterial ausgebildet sind.

Möglich ist auch eine Ausführungsform mit mindestens einem verrundeten Führungselement, für den Fall, dass der Amboss zumindest abschnittweise einen verrundeten Querschnitt aufweist. Beispielsweise kann das Führungselement rohrförmig ausgeführt sein, sofern der Amboss einen runden Querschnitt aufweist. Dabei kann das rohrförmige Führungselement einstückig ausgeführt sein oder auch durch mehrere miteinander kombinierte ringförmige oder ringsegmentförmige Führungselemente gebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ultraschallschweißeinrichtung ferner mindestens vier Führungselemente zum Führen des Ambosses in der Gehäuseöffnung. Die mindestens vier Führungselemente können mit dem Dämpfungsmaterial ausgebildet sein und paarweise einander gegenüberliegend an der Innenfläche der Gehäuseöffnung angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können die mindestens vier Führungselemente paarweise einander gegenüberliegend an der Außenfläche des Ambosses angeordnet sein. Beispielsweise können die mindestens vier Führungselemente angeordnet sein, um den Amboss in zwei zueinander orthogonalen Richtungen zu lagern. Anders ausgedrückt kann durch eine entsprechende Anordnung der mindestens vier Führungselemente erreicht werden, dass sich der Amboss lediglich entlang einer einzigen Achse in der Gehäuseöffhung verschieben lässt. Somit können mit geringem konstruktivem Aufwand sowohl eine präzise lineare Führung des Ambosses in der Gehäuseöffhung als auch eine wirksame Dämpfung von Schwingungen des Ambosses realisiert werden.

Gemäß einer Ausführungsform können die Führungselemente plattenförmig ausgeführt sein.

Wie bereits erwähnt, können die Führungselemente etwa als rechteckige, längliche Platten ausgeführt sein. Dadurch können die Führungselemente mit hoher Oberflächenqualität und/oder mit verhältnismäßig geringem Aufwand hergestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform können die Führungselemente austauschbar sein.

Anders ausgedrückt können die Führungselemente wieder lösbar mit der Innenfläche der Gehäuseöffnung bzw. der Außenfläche des Ambosses verbunden sein. Dadurch können die Führungselemente mit geringem Aufwand erneuert bzw. zu Wartungszwecken entnommen werden. Beispielsweise können die Führungselemente mit dem Ambossgehäuse und/oder dem Amboss verklebt, verschraubt und/oder in einer sonstigen geeigneten Weise damit verbunden sein. Denkbar ist auch, dass das Ambossgehäuse und/oder der Amboss entsprechende Aussparungen zum Einschieben der Führungselemente aufweist.

Zusätzlich oder alternativ können die Führungselemente stoffschlüssig mit der Innenfläche der Gehäuseöffhung bzw. der Außenfläche des Ambosses verbunden sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Dämpfungsmaterial einen niedrigeren Elastizitätsmodul als ein Material des Ambosses und/oder ein Material des Ambossgehäuses aufweisen.

Insbesondere kann das Dämpfungsmaterial einen Elastizitätsmodul aufweisen, der deutlich niedriger als ein Elastizitätsmodul eines metallischen Werkstoffs, beispielsweise von Stahl, ist. Beispielsweise kann der Elastizitätsmodul des Dämpfungsmaterials um wenigstens 50 % kleiner als der Elastizitätsmodul des Materials des Ambosses bzw. des Ambossgehäuses sein. Das Dämpfungsmaterial kann beispielsweise Kupferbronze mit einem etwa halb so großen Elastizitätsmodul wie Stahl oder glasfaserverstärkter Kunststoff mit einem Elastizitätsmodul, der etwa 10 % bis 25 % des Elastizitätsmoduls von Stahl entspricht, sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Dämpfungsmaterial einen Kunststoff und/oder einen Kunststoff-Faser-Verbund umfassen.

Beispielsweise kann das Dämpfungsmaterial ein faserverstärkter Kunststoff wie etwa glasfaserverstärkter Epoxidharz (GFK) oder Ähnliches sein. Ein derartiges Dämpfungsmaterial bietet den Vorteil guter Dämpfungseigenschaften bei geringer Wärmeleitfähigkeit, guter Haltbarkeit und/oder geringen Herstellungskosten.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Dämpfungsmaterial eine geringere Wärmeleitfähigkeit als ein Material des Ambosses und/oder ein Material des Ambossgehäuses aufweisen.

Beispielsweise kann das Dämpfungsmaterial einen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen, der wenigstens um ein 50-Faches, vorzugsweise wenigstens um ein 100-Faches kleiner als ein Wärmeleitkoeffizient des Materials des Ambosses bzw. des Ambossgehäuses, wie etwa Stahl, ist. So kann das Dämpfungsmaterial bei Verwendung von GFK etwa einen Wärmeleitkoeffizienten von ca. 0,2 bis 0,3 W/(m*K) aufweisen und damit deutlich niedriger als ein Wärmeleitkoeffizient von Stahl sein, der bei ca. 20 bis 50 W/(m*K) liegt. Dadurch kann vermieden werden, dass Wärme über das Ambossgehäuse aus dem Schweißraum abgeführt wird. Gemäß einer Ausführungsform kann die Gehäuseöffnung eine Durchgangsöffnung sein, die zwei einander gegenüberliegende Außenseiten des Ambossgehäuses miteinander verbindet.

Mit anderen Worten kann der Amboss im eingeführten Zustand von beiden Außenseiten des Ambossgehäuses aus zugänglich sein. Dies hat den Vorteil, dass der Amboss mit verhältnismäßig geringem konstruktivem Aufwand mit einer geeigneten Antriebseinrichtung zum Bewegen des Ambosses in der Gehäuseöffnung gekoppelt werden kann. Beispielsweise kann ein von einem Schweißraum abgewandtes Ende des Ambosses mit der Antriebseinrichtung gekoppelt sein, während ein dem Schweißraum zugewandtes Ende des Ambosses, im Vorangehenden auch Ambosskopf genannt, als Widerlager für die Sonotrode dienen kann.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Ambossgehäuse quer, insbesondere senkrecht, zu einer dem Amboss zugewandten Oberfläche der Sonotrode verfahrbar sein.

Mit anderen Worten kann durch Verfahren des Ambossgehäuses der Amboss auf die Sonotrode zu- oder davon wegbewegt werden. Für den Fall, dass die Sonotrode und der Amboss direkt übereinander angeordnet sind, bedeutet dies, dass der Amboss vertikal auf die Sonotrode zu- oder davon wegbewegt werden kann. Somit können durch Verfahren des Ambossgehäuses miteinander zu verschweißende Fügeteile mit einem definierten Druck zusammengepresst werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Amboss in der Gehäuseöffnung längs, insbesondere parallel, zu einer dem Amboss zugewandten Oberfläche der Sonotrode verfahrbar sein.

Mit anderen Worten kann der Amboss seitlich von der Sonotrode weg- bzw. zur Sonotrode hingefahren werden. Für den Fall, dass die Sonotrode und der Amboss direkt übereinander angeordnet sind, bedeutet dies, dass der Amboss horizontal von der Sonotrode weg- bzw. zur Sonotrode hingefahren werden kann. Das horizontale Verfahren des Ambosses kann beispielsweise gleichzeitig zum vertikalen Verfahren des Ambossgehäuses erfolgen. Dadurch kann eine Breite des Schweißraums flexibel an eine Breite miteinander zu verschweißender Fügeteile angepasst werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Ambossgehäuse zwischen einer Einlegeposition zum Einlegen miteinander zu verschweißender Fügeteile und einer Schweißposition zum Verschweißen der Fügeteile verfahrbar sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Amboss ergänzend oder alternativ in der Gehäuseöffnung zwischen einer Einlegeposition zum Einlegen miteinander zu verschweißender Fügeteile und einer Schweißposition zum Verschweißen der Fügeteile verfahrbar sein.

Unter einer Einlegeposition kann eine offene Position verstanden werden, bei der die Sonotrode von außen für einen Bediener zugänglich ist. Unter einer Schweißposition kann eine Arbeitsposition des Ambossgehäuses bzw. des Ambosses verstanden werden. Beispielsweise kann das Ambossgehäuse in der Einlegeposition weg von der Sonotrode nach oben gefahren sein und in der Schweißposition hin zur Sonotrode nach unten gefahren sein. Beispielsweise kann der Amboss in der Einlegeposition in das Ambossgehäuse hineingefahren sein und in der Schweißposition aus dem Ambossgehäuse herausgefahren sein. Die Schweißposition des Ambosses bzw. des Ambossgehäuses, d. h. deren vertikale Position, kann sich während des Schweißens durch ein Setzen des Ambosses bzw. des Ambossgehäuses ändern, da sich eine Höhe des Schweißguts zwischen der Sonotrode und dem Amboss während des Schweißens in der Regel verringert.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Ultraschallschweißeinrichtung ferner folgende Komponenten umfassen: ein Touchierelement und einen Seitenschieber, der zwischen einer Einlegeposition zum Einlegen miteinander zu verschweißender Fügeteile und einer Schweißposition zum Verschweißen der Fügeteile verfahrbar ist. Dabei können der Seitenschieber in der Schweißposition, das Ambossgehäuse in der Schweißposition und der Amboss in der Schweißposition zusammen mit der Sonotrode und dem Touchierelement einen Schweißraum mit mindestens vier die Fügeteile umgebenden Innenwänden begrenzen.

Unter einem Touchierelement kann ein Anschlag zur seitlichen Begrenzung verstanden werden, da die Fügeteile durch den Ambossdruck und die Ultraschallschwingungen auseinandergehen. Das Touchierelement kann zumindest in horizontaler Richtung fixiert sein. Zweckmäßigerweise kann das Touchierelement an dem Ambossgehäuse befestigt oder an diesem gelagert sein. Dadurch kann das Touchierelement zusammen mit dem Ambossgehäuse, insbesondere in vertikaler Richtung, verstellt werden.

Unter einem Seitenschieber kann ein verfahrbarer Anschlag verstanden werden. Beispielsweise kann der Seitenschieber horizontal verfahrbar sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Sonotrode eine erste Innenwand des Schweißraums bilden, während der Amboss eine der ersten Innenwand gegenüberliegende zweite Innenwand des Schweißraums bilden kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Seitenschieber eine dritte Innenwand des Schweißraums bilden, während das Touchierelement eine der dritten Innenwand gegenüberliegende vierte Innenwand des Schweißraums bilden kann.

Dadurch kann der Schweißraum flexibel an unterschiedliche Größen der Fügeteile angepasst werden. Beispielsweise können Form und Größe des Schweißraums vor und/oder während des Schweiß Vorgangs verändert werden, um zu verhindern, dass die Fügeteile nebeneinander- statt Übereinanderliegen.

Anstelle des Touchierelements ist auch ein zweiter Seitenschieber möglich. Die seitliche Begrenzung kann auch durch ein beispielsweise U-förmiges Terminal gebildet sein, auf dessen Basisfläche ein Fügeteil aufgeschweißt werden soll.

Es wird daraufhingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäß ausgestaltete Ultraschallschweißeinrichtung und teilweise mit Bezug auf eine Art und Weise, wie diese betrieben oder verwendet werden kann, beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die für einzelne Ausführungsformen beschriebenen Merkmale in analoger Weise geeignet auf andere Ausführungsformen übertragen werden können, angepasst werden können und/oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden vorteilhafte Aus führungs formen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiter erläutert, wobei weder die Zeichnungen noch die Erläuterungen als die Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend auszulegen sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ultraschallschweißeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer offenen Position.

Fig. 2 zeigt die Ultraschallschweißeinrichtung aus Fig. 1 in einer geschlossenen Position.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ambossgehäuses und eines Ambosses der Ultraschallschweißeinrichtung aus Fig. 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer Ultraschallschweißeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ambossgehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht des Ambossgehäuses aus Fig. 5. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Zeichnungen gleiche bzw. gleichwirkende Merkmale.

BESCHREIBUNG VON VORTEILHAFTEN AUSFUHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ultraschallschweißeinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer offenen Position. Die Ultraschallschweißeinrichtung 100 umfasst eine Sonotrode 102 zum Erzeugen hochfrequenter Schwingungen im Ultraschallbereich, einen Amboss 104 sowie ein Ambossgehäuse 106 mit einer Gehäuseöffhung 108, in die der Amboss 104 eingeführt ist. Der Amboss 104 ist verschiebbar in der Gehäuseöffhung 108 gelagert. Die Gehäuseöffnung 108 ist beispielhaft als eine von außen beidseitig zugängliche Durchgangsöffnung realisiert. Alternativ kann die Gehäuseöffnung 108 als eine von nur einer Seite des Ambossgehäuses 106 aus zugängliche Öffnung realisiert sein. Zusätzlich umfasst die Ultraschallschweißeinrichtung 100 einen Seitenschieber 110 und ein Touchierelement 112.

Um zu verhindern, dass Schwingungen über den Amboss 104 auf das Ambossgehäuse 106 übertragen werden, weist die Ultraschallschweißeinrichtung 100 ein Dämpfungsmaterial 114 auf, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf eine Innenfläche 116 der Gehäuseöffhung 108 aufgebracht ist. Beispielsweise kann die gesamte Innenfläche 116 der Gehäuseöffnung 108 mit dem Dämpfungsmaterial 114 ausgekleidet sein, wie schematisch in Fig. 1 angedeutet. Alternativ kann das Dämpfüngsmaterial 114 jedoch auch nur auf bestimmte relevante Abschnitte der Innenfläche 116 aufgebracht sein.

Aus einer in Fig. 1 gezeigten Schnittansicht des Ambossgehäuses 106 ist ersichtlich, dass das Dämpfungsmaterial 114 einen Zwischenraum zwischen der Innenfläche 116 und einer Außenfläche 118 des Ambosses 104 ausfüllt, sodass der Amboss 104 im eingeführten Zustand keinen unmittelbaren Kontakt mit einem Material des Ambossgehäuses 106 hat. Dadurch, dass der Amboss 104 im eingeführten Zustand zumindest abschnittsweise von dem Dämpfungsmaterial 114 umgeben ist oder, anders ausgedrückt, sich die Innenfläche 116 und die Außenfläche 118 nicht unmittelbar berühren, ist der Amboss 104 mechanisch von dem Ambossgehäuse 106 entkoppelt. Die Schwingungen des Ambosses 104 werden somit größtenteils von dem Dämpfungsmaterial 114 absorbiert und nicht weiter auf das Ambossgehäuse 106 übertragen.

In diesem Beispiel sind der Amboss 104 und der Seitenschieber 110 jeweils horizontal verfahrbar, während das Ambossgehäuse 106 mitsamt dem darin aufgenommenen Amboss 104 vertikal verfahrbar ist. Das Touchierelement 112 ist an einer der Sonotrode 102 zugewandten Stirnseite des Ambossgehäuses 106 befestigt. Oberhalb des Touchierelements 112 ist der Amboss 104 angeordnet.

Der Seitenschieber 110 befindet sich in der in Fig. 1 gezeigten offenen Position der Ultraschallschweißeinrichtung 100 in einer eingefahrenen Position. Das Touchierelement 112 ist gegenüber dem Seitenschieber 110 angeordnet. Dabei ist das Ambossgehäuse 106, und damit auch der Amboss 104, weg von der Sonotrode 102 nach oben gefahren. Der Amboss 104 befindet sich in einer eingefahrenen Position. Somit ist die Sonotrode 102 bzw. ein oberhalb von ihr gebildeter Aufnahmeraum in der offenen Position sowohl von oben als auch seitlich für einen Bediener der Ultraschallschweißeinrichtung 100 zugänglich, sodass der Bediener miteinander zu fügende Fügeteile 120, 122 auf der Sonotrode 102, d. h. in dem Aufhahmeraum, platzieren kann, beispielsweise zwei miteinander zu verschweißende Litzen zweier Kabel.

Durch Ausfahren des Seitenschiebers 110, Ausfahren des Ambosses 104 und Nach- unten-Fahren des Ambossgehäuses 106 können die beiden Fügeteile 120, 122 mit einem definierten Druck zusammengepresst und in eine korrekte Position bezüglich der Sonotrode 102 gebracht werden, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Fig. 2 zeigt die Ultraschallschweißeinrichtung 100 aus Fig. 1 in einer geschlossenen Position. Dabei begrenzen die einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Seitenschiebers 110 und des Touchierelements 112 zusammen mit einer Oberseite der Sonotrode 102 und einer der Oberseite der Sonotrode 102 gegenüberliegenden Unterseite des Ambosses 104 einen Schweißraum 200, in dem die beiden Fügeteile 120, 122 in einer definierten Lage, hier übereinander, gehalten und zusammengepresst werden, während die Sonotrode 102 zum Schwingen gebracht wird.

Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Ultraschallschweiß einrichtung 100, bei der das Dämpfungsmaterial 114 im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 nicht an der Innenfläche 116 der Gehäuseöffnung 108, sondern an der Außenfläche 118 des Ambosses 104 angebracht ist. Auch durch diese Ausführungsform kann gewährleistet werden, dass der Amboss 104 das Ambossgehäuse 106 nicht unmittelbar berührt.

Möglich ist auch, dass sowohl die Innenfläche 116 als auch die Außenfläche 118 das Dämpfungsmaterial 114 aufweisen. Anders aus gedrückt kann sowohl die Gehäuseöffnung 108 mit dem Dämpfungsmaterial 114 ausgekleidet sein als auch der Amboss 104 mit dem Dämpfungsmaterial 114 ummantelt sein.

Das Dämpfungsmaterial 114 kann beispielsweise als Beschichtung und/oder in Form austauschbarer Dämpfüngselemente, die insbesondere auch als Führungselemente füngieren können, auf die Außenfläche 118 bzw. die Innenfläche 116 aufgebracht sein. Mögliche Ausführungsformen des Dämpfüngsmaterials 114 werden nachfolgend anhand der Figuren 4 bis 6 näher beschrieben.

Fig. 4 zeigt das Ambossgehäuse 106 mit dem eingeführten Amboss 104 in perspektivischer Ansicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Ultraschallschweißeinrichtung 100 vier Führungselemente 400 auf, die paarweise einander gegenüberliegend in der Gehäuseöffnung 108 platziert sind. Die Führungselemente 400 sind jeweils plattenförmig aus dem Dämpfüngsmaterial 114 geformt, beispielsweise einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder einem sonstigen geeigneten Material mit einem deutlich niedrigeren Elastizitätsmodul als ein Material des Ambossgehäuses 106 bzw. des Ambosses 104, die in der Regel aus Stahl, Stahlguss oder einer speziellen Kupferlegierung gefertigt sind. Das Dämpfüngsmaterial 114 kann gegenüber dem Material des Ambosses 104 bzw. des Ambossgehäuses 106 zudem einen besonders niedrigen Wärmeleitkoeffizienten aufweisen, sodass neben einer Schwingungsdämpfung zusätzlich eine thermische Entkopplung des Ambosses 104 vom Ambossgehäuse 106 bewirkt werden kann. Durch einen derartigen Übergang kann somit zum einen verhindert werden, dass Schwingungen mit einer Arbeitsffequenz der Sonotrode 102 auf das Ambossgehäuse 106 bzw. über das Ambossgehäuse 106 weiter auf sonstige Bereiche der Ultraschallschweißeinrichtung 100 übertragen werden. Zum anderen kann dadurch ein Wärmetransport vom Amboss 104 auf das Ambossgehäuse 106 vermieden werden. Eine derartige mechanische und thermische Entkopplung kann zu gleichmäßigeren Schweißergebnissen führen. Ferner kann dadurch eine Geräuschentwicklung beim Schweiß Vorgang reduziert werden.

Die Gehäuseöffnung 108 weist beispielhaft einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die vier Führungselemente 400 oben, unten, links und rechts an der Innenfläche 116 angeordnet sind. Dementsprechend kann auch der Amboss 104 mit einem rechteckigen Querschnitt ausgeformt sein. Der Amboss 104 wird dabei zwischen den vier Führungselementen 400 linear geführt. Es sind jedoch auch andere Geometrien der Gehäuseöffhung 108 bzw. des Ambosses 104 möglich, beispielsweise Geometrien mit rundem Querschnitt.

Die vier Führungselemente 400 sind jeweils durch eine oder mehrere Schrauben 402 mit der Innenfläche 116 der Gehäuseöffhung 108 verschraubt und können somit einfach ausgetauscht werden. Je nach Ausführungsform können die Schrauben 402 von innerhalb und/oder außerhalb des Ambossgehäuses 106 eingeschraubt werden. Möglich ist auch eine Befestigung mittels Kleben. Alternativ können die vier Führungselemente 400 in das Ambossgehäuse 106 einschiebbar sein.

Möglich ist auch eine Ausführungsform mit lediglich zwei einander gegenüberliegenden Führungselementen 400, wobei der Amboss 104 zwischen den zwei Führungselementen 400 angeordnet sein kann. Um bei einem Amboss mit rechteckigem Querschnitt zu verhindern, dass der Amboss 104 das Ambossgehäuse 106 berührt, können Kanten des Ambosses 104 von den beiden Führungselementen 400 umfasst sein. Beispielsweise können die beiden Führungselemente 400 hierzu mit einem u-formigen Querschnitt ausgeführt sein. Die Ultraschallschweißeinrichtung 100 kann auch mehr als vier Führungselemente 400 aufweisen. Beispielsweise kann eine Mehrzahl länglicher, beispielsweise leistenförmiger Führungselemente 400 um den Amboss 104 herum angeordnet sein.

Ferner weist der Amboss 104 an einem Ende einen gegenüber der Sonotrode 102 platzierbaren Ambosskopf 404 auf. Der Ambosskopf 404 ist außerhalb des Ambossgehäuses 106 angeordnet und befindet sich in der in Fig. 4 beispielhaft gezeigten eingefahrenen Position des Ambosses 104 oberhalb des Touchierelements 112.

Zusätzlich weist die Uhraschallschweißeinrichtung 100 eine Antriebseinrichtung 406 zum Verschieben des Ambosses 104 in der Gehäuseöffnung 108 auf, etwa einen Linearantrieb. Die Antriebseinrichtung 406 ist mit einem dem Ambosskopf 404 gegenüberliegenden anderen Ende des Ambosses 104 gekoppelt. Die Antriebseinrichtung 406 kann an dem Ambossgehäuse 106 befestigt sein. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung 406 an eine von der Sonotrode 102 abgewandte Seite des Ambossgehäuses 106 angeflanscht sein.

Beispielsweise kann der Amboss 104 zweiteilig aus einer Führungsstange und dem Ambosskopf 404 realisiert sein, wobei der Ambosskopf 404 drehstarr mit der Führungsstange verbindbar sein kann, wie in Fig. 5 gezeigt.

Die Uhraschallschweißeinrichtung 100 kann eine optionale Verschalung 408 umfassen, die das Ambossgehäuse 106 zumindest abschnittsweise umgibt. Die Verschalung 408 kann mit dem Ambossgehäuse 106 mittels einer oder mehrerer zusätzlicher Schrauben 410 verschraubt sein.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Ambossgehäuses 106 mit einer Führungsstange 500 zum Führen des Ambosskopfes 404, wie sie weiter oben erwähnt ist. Die Führungsstange 500 ist in der Gehäuseöffhung 108 verschiebbar gelagert und koppelt den Ambosskopf 404 mit der Antriebseinrichtung 406. Eine der Sonotrode 102 zugewandte Stirnseite der Führungsstange 500 ist ausgeformt, um den Ambosskopf 404 aufzunehmen. Der Ambosskopf 404 kann beispielsweise mit der Stirnseite der Führungsstange 500 verschraubbar sein. Die Stirnseite der Führungsstange 500 und der Ambosskopf 404 können formschlüssig miteinander verbindbar sein, sodass ein Verdrehen des Ambosskopfes 404 relativ zur Führungsstange 500 verhindert wird.

Gezeigt ist ferner eine mögliche Art der Verschraubung der Führungselemente 400 mit jeweils mehreren Schrauben 402, die in entsprechende Gewindeaufnahmen im Ambossgehäuse 106 eingeschraubt sind. Zu erkennen ist hier, dass sich die Führungselemente 400 über eine gesamte Länge der Gehäuseöffhung 108 erstrecken. Möglich sind aber auch Ausführungsformen, bei denen sich die Führungselemente 400 nicht über eine gesamte Länge der Gehäuseöffnung 108 erstrecken. Die Führungselemente 400 sind derart zueinander angeordnet, dass sie an ihren Längskanten nicht einander berühren.

Das Ambossgehäuse 106 kann beispielsweise modular aus mehreren miteinander verschraubbaren Gehäuseelementen aufgebaut sein.

Fig. 6 zeigt das Ambossgehäuse 106 aus Fig. 5 ohne die Führungsstange 500.

Dargestellt ist eine Vorderansicht des Ambossgehäuses 106, in der eine Anordnung und ein Aufbau der einzelnen Führungselemente 400 zu erkennen sind.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Führungselemente 400 jeweils zweiteilig aus einer Trägerplatte 600 und einer Dämpfungsplatte 602 realisiert. Dabei ist die Dämpfungsplatte 602 aus dem Dämpfungsmaterial 114 gefertigt. Die Trägerplatte 600 kann aus einem anderen Material als die Dämpfungsplatte 602, insbesondere beispielsweise aus Stahl oder einem sonstigen metallischen Werkstoff, gefertigt sein.

Die Trägerplatte 600 und die Dämpfungsplatte 602 können zu einem kompakten Plattenverbund miteinander kombiniert sein, wobei die Trägerplatte 600 zur Stabilisierung und zusätzlichen Versteifung der Dämpfungsplatte 602 dienen kann. Beispielsweise können die Trägerplatte 600 und die Dämpfüngsplatte 602 miteinander verklebt oder verschraubt sein.

Die Gehäuseöffnung 108 kann beispielsweise vier nutenartige Aussparungen 604 zum Aufhehmen je eines Führungselementes 400 aufweisen. Durch die Aussparungen 604 kann eine korrekte Ausrichtung der Führungselemente 400 beim Verschrauben mit dem Ambossgehäuse 106 gewährleistet werden.

Abschließend ist daraufhinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei daraufhingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als

Einschränkung anzusehen.

Bezugszeichenliste

100 Ultraschweiß einrichtung

102 Sonotrode

104 Amboss

106 Ambossgehäuse

108 Gehäuseöffhung

110 Seitenschieber

112 T ouchierelement

114 Dämpfungsmaterial

116 Innenfläche der Gehäuseöffhung

118 Außenfläche des Ambosses

120 erstes Fügeteil

122 zweites Fügeteil

200 Schweißraum

400 Führungselement

402 Schraube

404 Ambosskopf

406 Antriebseinrichtung

408 Verschalung

410 zusätzliche Schraube

500 Führungsstange

600 Trägerplatte

602 Dämpfungsplatte

604 Aussparung